全球氣候變暖是現今最熱門的環保議題，然而在地球46億年的歷史中，更加極端嚴酷的氣候比比皆是。能否從漫長的古氣候變化中找到參考案例，幫助人類更好地應對全球氣候變暖帶來的改變？近日，由中國科學院南京地質古生物研究所研究員陳吉濤領銜的國際研究團隊從遠古冰室氣候變化中獲得新發現，高氧環境下全球變暖仍可導致海洋缺氧。

從遠古氣候變化案例中尋找“參考模板”

地球歷史中，既有長達上千萬年的嚴寒，也有持續數百萬年的酷熱和暴雨。其中，距今3.6億–2.6億年的“晚古生代大冰期”是最受科學界關注，這是地球自陸生高等植物及陸地生態系統建立以來持續時間最長的冰室氣候時期。這段大冰期的大氣二氧化碳水平波動，跨越了從工業革命前到未來高碳排放情景預期的范圍，對研究當前全球氣候變暖具有重要意義。

同時，“晚古生代大冰期”大氣中的氧氣水平也達到地球46億年歷史的峰值，約為當前大氣氧氣含量的1.2–1.7倍。這種異常高氧環境可能與海洋、陸地動物的巨型化現象息息相關，也可能是觸發從石炭紀中期至二疊紀早期海洋生物大輻射事件的一個原因。

盡管地質記錄、生物化石證據以及生物地球化學模型重建均支持當時大氣含氧量升高，但關于高氧大氣與冰室氣候下海洋氧化還原環境是如何演化，仍然缺乏直接證據。

近日，由中國科學院南京地質古生物研究所研究員陳吉濤領銜的國際研究團隊，聯合南京大學、美國、新西蘭、丹麥等國內外同行，對華南板塊貴州羅甸盆地3.1億–2.9億年前的碳酸鹽巖沉積序列開展了高時間分辨率的鈾同位素（238U/235U）研究。同時，研究團隊結合該時段的碳同位素和大氣二氧化碳濃度數據，以及火山活動、植被演化等地質事件，利用生物地球化學循環模型等，綜合探討了該時段的全球碳循環與海洋氧化還原狀態。這一成果于北京時間6月24日，發表于國際著名的綜合期刊《美國科學院院報》。

大氣氧含量增加，為何偏偏海洋缺氧？

研究發現，盡管研究時段為晚古生代大冰期的高峰期，也是顯生宙的大氣氧含量峰值期，但鈾同位素比值多次顯著下降，表明海底缺氧面積反復擴大。每次鈾同位素比值下降，則都與大氣二氧化碳濃度的快速上升同時發生。

高氧環境、二氧化碳濃度上升、海底缺氧，這三者是否存在關聯？研究人員利用耦合貝葉斯反演的碳-磷-鈾生物地球化學循環模型，定量模擬了在晚古生代冰室氣候下的海洋缺氧、碳循環和氣候的演變過程。結果顯示，在整個研究時段，海洋中有機碳埋藏的增加可能導致大氣二氧化碳濃度下降和氧氣濃度上升。然而，盡管此時大氣–海洋整體氧化水平很高，但間歇性的巨量碳排放也可以引起重復發生的氣候變暖和海底缺氧，導致全球海洋缺氧面積擴張至4%–12%，甚至可能導致海洋生物多樣性停滯或下降。

這項研究的意義在于，正如晚古生代大冰期一樣，當前全球變暖依然可能會導致廣泛的海洋缺氧。這一發現有助于我們更好地理解地球氣候系統內部的關聯與反饋機制，為預測當前全球變暖背景下海洋環境的變化趨勢具有重要參考價值。

現代快報/現代+記者 是鐘寅